Electricité 4.0 – Demain, tous producteurs d’énergie ?

Bientôt, quand vous prendrez votre voiture, vous ne serez plus seulement au volant d’un véhicule consommateur d’électricité, vous participerez également à la production nationale d’énergie !

C’est en tout cas la promesse de certains constructeurs de commercialiser dès aujourd’hui des automobiles à chargeur bidirectionnel. Ou comment votre voiture peut être connectée, non seulement pour se recharger comme c’est habituellement le cas, mais aussi pour alimenter le réseau ou votre maison avec la perspective de diviser par deux votre facture électrique. Une technologie déjà mise en place par le constructeur américain Tesla aux Etats-Unis et qui pourrait s’étendre rapidement puisque Renault développe une quinzaine de projets de ce type en partenariat avec Enedis.

​​​​​Une évolution qui illustre la manière dont les réseaux électriques sont en train de se transformer : une production d’énergie variée et décentralisée là où nous étions habitués à un ou deux producteurs fournissant une énergie provenant de deux ou trois sources principales. La fin d’un modèle traditionnel en quelque sorte.

Pourquoi doit-on réinventer les réseaux électriques ?

Si vous entendez parler d’Électricité 4.0, il ne s’agit pas d’un énième slogan marketing de plus, mais une manière de souligner une rupture. Le besoin d’une source d’énergie toujours plus abondante, mais aussi plus efficace et surtout décarbonée pour accompagner ​​​​la quatrième révolution industrielle, celle de la mobilité électrique et du boom des data centers (cloud computing, data et intelligence artificielle) mais surtout de l’électrification de tout ce qui existe («electrification of everything») et de la numérisation de pratiquement toutes les activités.

L’électricité dispose des atouts indispensables pour relever ces nouveaux défis. Afin de bien en prendre la mesure, il suffit de se rappeler qu’il a fallu cent cinquante ans pour que l’électricité représente le quart de nos usages énergétiques et que nous devrions atteindre les 60% en seulement vingt-cinq ans si nous voulons être en phase avec les objectifs de neutralité carbone attendus.

Soit une augmentation de 40 % de la demande d’électricité d’ici 2040, pour une multiplication par six de la part de l’éolien et du solaire dans le mix énergétique.

Un changement d’échelle qui va imposer une accélération du rythme annuel d’investissements dans le réseau (câbles, pylônes, transformateurs…) : il devrait être multiplié par deux ou trois par rapport aux quinze dernières années. D’autant que le réseau français, par exemple, avec des lignes électriques datant de 50 ans en moyenne, est l’un des plus vieux d’Europe.

Au-delà, l’électricité renouvelable devrait dominer le secteur de l’électricité de l’UE d’ici à 2030. Une mutation qui s’accélère puisque l’on estime que les énergies renouvelables sont en passe de produire 66% de l’électricité de l’UE d’ici 2030, contre 44% en 2023.

Une progression qui n’est possible que par le recours à des solutions technologiques capables de gérer plus finement l’équilibre entre production et consommation et d’améliorer leur efficacité, leur sécurité et leur durabilité.

Des producteurs en pagaille

La révolution de l’électricité, c’est tout à la fois la multiplication et la décentralisation des modes de production d’énergie.

Avec, d’un côté, un mix énergétique de plus en plus complexe qui, selon les pays, combine du charbon et du gaz appelés à disparaître, du nucléaire selon les cas, et toujours plus d’hydraulique, de solaire et d’éolien.

Et d’un autre côté, la possibilité donnée à chacun d’avoir sa propre installation. C’est désormais une option qui est bien entrée dans les mœurs : les particuliers, les PME, les centres commerciaux ou les grands groupes sont de plus en plus nombreux à investir dans la production d’énergie. Ce n’est pas en effet une option réservée à de grands investisseurs : un modeste atelier de fabrication du sud de la France peut facilement produire le tiers de sa consommation d’électricité en s’équipant de panneaux photovoltaïques.

En France, entre 2022 et 2023, le nombre d’installations a été multiplié par trois chez les particuliers et par deux chez les professionnels. Et ce n’est que le début, selon Laetitia Brottier, vice-présidente d’Enerplan, le syndicat de l’énergie solaire renouvelable.

Une complexité qui n’est pas sans provoquer des goulets d’étranglement lorsqu’il s’agit de raccorder ces nouveaux producteurs, mais une évolution qui est rendue nécessaire par la course à la décarbonation de nos économies, et possible grâce à l’évolution vers des réseaux électriques intelligents (smart grid).

Ces réseaux de nouvelle génération permettent, en effet, une gestion plus agile de l’énergie et facilitent l’intégration de nouveaux moyens de production d’énergie décentralisée, comme l’éolien ou le solaire. Selon une étude de l’Union européenne, l’utilisation optimale des énergies renouvelables grâce à des réseaux intelligents peut réduire les émissions de gaz à effet de serre de 10 à 15%.

La demande est aux commandes

C’est une toute nouvelle approche qui est donc en train d’émerger puisque la production d’énergie pourra être déclenchée et ajustée en fonction de la demande venant du terrain, en temps réel.

La multiplication des capteurs, installés tout au long de la chaîne, de l’utilisateur final au réseau de distribution électrique, permettra le contrôle des flux et de la consommation en “live” de l’électricité. Pour mieux gérer les charges, c’est-à-dire la puissance maximale que le système électrique peut supporter, afin que l’allumage simultané de différents appareils électroménagers n’entraîne plus de coupure de courant.

Le chauffage allumé pour notre arrivée, nos volets commandés en fonction de la luminosité et de la météo… l’efficacité énergétique est l’un des leviers puissants de la transition énergétique au même titre que l’électrification, nos maisons et nos appartements vont devenir un véritable « écosystème énergétique » grâce aux objets connectés : nos équipements seront capables de s’adapter aux conditions météorologiques, à nos agendas, aux fluctuations des prix adressés par les fournisseurs d’électricité en fonction des coûts de leur approvisionnement. La perspective de modérer la facture énergétique des ménages qui tend à s’envoler, tout en assurant leurs besoins de confort.

Ce qui est vrai pour les ménages et les infrastructures résidentielles l’est tout autant pour les usines et les sites industriels. Les ouvriers et les techniciens travaillent déjà avec un nombre croissant d’équipements automatisés et gérés à distance (moteurs, fours, lignes de montage…), qui informent le réseau de leur consommation énergétique actuelle et à venir. Avec, là encore, la possibilité de pouvoir bénéficier des prix de marché les plus bas possibles.

C’est la raison pour laquelle des constructeurs innovent en permanence pour développer des systèmes de monitoring de la chaîne électrotechnique incluant les transformateurs électriques, les câbles et les accessoires de raccordement tels que les jonctions. Le but de la digitalisation des réseaux électriques est de suivre l’activité et la charge de l’ensemble de ces éléments, prévenir des dysfonctionnements et optimiser leur usage. Une mesure anticipée de décharges partielles qui permet également d’augmenter la durée de vie des installations. Il y a donc deux grands objectifs au monitoring des infrastructures électriques : mesurer et optimiser la consommation électrique et augmenter la fiabilité des réseaux et leur durée de vie.

Pourra-t-on enfin stocker l’électricité pour ne plus la gâcher ?

Il faut savoir qu’on ne pourra pas éviter les moments pendant lesquels la production est supérieure à la demande. La consommation d’électricité reste structurellement plus élevée le jour que la nuit, la semaine que le week-end, en hiver qu’en été, saison de forte production photovoltaïque, tandis qu’un anticyclone est synonyme d’une vague de froid et de manque de vent pour les éoliennes.

Dans ces conditions, la transition à grande échelle vers les énergies responsables est intrinsèquement liée aux technologies de stockage qui doivent devenir une solution efficace pour faire face à la variabilité de la production issue des technologies renouvelables, lorsque le soleil disparaît ou que le vent ne souffle plus assez fort. On ne parle pas seulement des batteries, comme celles de nos véhicules électriques, mais également des stations de transfert d’énergie par pompage (STEP). Sachant qu’il y a une très grande complémentarité entre les trois principaux types d’énergies renouvelables liées à l’eau, au soleil et au vent.

Sébastien Arbola, Directeur général adjoint en charge des activités Flex Gen & Retail d’Engie, estime que « pour tout mégawatt d’énergie renouvelable installé, il faudra y adosser 10 à 15 % de capacités équivalentes sous la forme de stockage.”

Un marché en forte croissance qui appelle de nouvelles solutions, comme celles proposées par Nexans qui contribue à la conception des réseaux de transmission et de distribution pour la collecte à la source des énergies renouvelables et à l’intégration des sites de stockage à grande échelle ou plus largement répartie sur un territoire.

Vous l’aurez compris, l’électricité 4.0 est donc bien plus qu’une simple évolution technologique. A l’heure où les niveaux d’alerte de la planète s’affolent, la gestion de notre électricité est l’un des atouts indispensables pour favoriser une transition vers des énergies plus propres. Des centrales électriques fonctionnant aux énergies renouvelables, des réseaux de distribution plus efficaces, de nouvelles solutions de stockage d’énergie, auxquels il faut également ajouter l’interconnexion entre les réseaux des pays voisins, sont autant de moyens au service de la réduction de notre empreinte carbone.

C’est aussi l’assurance de reprendre le contrôle de nos sources d’approvisionnement d’énergie. Une question vitale à l’heure de l’exacerbation des tensions géopolitiques pour limiter la dépendance énergétique, mieux contrôler la fluctuation des prix et assurer la sécurité des réseaux.

Saviez-vous que 80 % des fonds marins de la planète sont situés à des profondeurs inexploitables pour l’éolien offshore conventionnel ?

À mesure que l’énergie éolienne prend une importance croissante dans la production d’une électricité durable pour des millions d’utilisateurs, la maîtrise des vents puissants et réguliers qui soufflent loin du littoral devient également un enjeu majeur. Or les progrès réalisés dans la conception des câbles dynamiques haute tension (HT), essentiels à l’exportation de l’énergie des parcs en mer vers les équipements à terre, ouvrent depuis peu des possibilités inédites pour l’exploitation commerciale de l’éolien en mer.

Maîtriser la puissance du vent dans des zones précédemment inatteignables

L’éolien offshore recèle un potentiel immense et jusqu’ici inexploité. En effet, si la production actuelle d’électricité offshore est dominée par les parcs dits « posés », près de 80 % du potentiel mondial de production se situe dans des eaux de plus de 60 mètres de profondeur, ce qui présente des défis considérables pour l’ensemble du secteur du transport électrique.

Néanmoins, depuis trente ans l’éolien en mer joue un rôle de premier plan dans la décarbonation de notre énergie. Et d’après les prévisions du cabinet de conseil McKinsey, la capacité totale de production offshore, qui s’élevait à 40 gigawatts (GW) en 2020, devrait atteindre 630 GW en 2050.

Les eaux profondes étant présentes au large de la plupart des littoraux de la planète, la technologie des turbines flottantes est primordiale afin d’élargir l’accès à l’énergie éolienne dans les régions côtières, et de tracer ainsi pour de nombreux pays et zones géographiques une trajectoire viable vers la décarbonation de l’électricité. Cependant, le transport de cette énergie vers la terre ferme requiert des câbles HT dynamiques particulièrement robustes, capables de résister à l’environnement hostile de la mer.

Depuis la mer jusqu’à la terre : les percées technologiques qui conditionnent l’avenir des parcs éoliens flottants

L’un des principaux avantages d’une implantation plus éloignée des côtes tient tout simplement à la puissance des vents au large. Des vents plus forts et plus constants constituent une source d’énergie plus fiable.

Grâce aux dernières avancées dans la conception des câbles dynamiques HT, des turbines flottantes et des sous-stations électriques, la transformation de ces vents soutenus en énergie durable est désormais à notre portée.

Et c’est en s’appuyant sur ces innovations que des parcs éoliens flottants à grande échelle seront mis en service avant la fin de cette décennie au large de la côte ouest des États-Unis, comme des littoraux français et sud-coréen.

Cette révolution est d’ores et déjà en marche. Le premier projet attribué d’éolien flottant est situé en France, au large du sud de la Bretagne. Une fois achevé, ce projet colossal constituera le plus grand parc éolien offshore du monde : d’une capacité de 250 MW, ce site doublera à lui seul la capacité d’énergie éolienne actuellement installée en mer sur le continent européen.

Mais pour que ce projet soit couronné de succès, l’énergie produite devra encore être acheminée à terre, où elle sera ensuite transportée et consommée. Et c’est ici que les câbles d’exportation HT dynamiques jouent un rôle déterminant : la mise au point de câbles capables de résister aux contraintes des eaux profondes aura constitué un véritable tour de force, qui a nécessité de longues années de développement !

Relever les défis de l’avenir

Le secteur du oil & gas a accumulé une longue expérience dans la mise en œuvre d’équipements électriques sous-marins moyenne tension (MT), dont tous les enseignements sont mobilisés aujourd’hui pour concevoir les sous-stations des infrastructures éoliennes en mer. Cependant, les systèmes HT sont tout autre chose !

Les tensions plus élevées et les dimensions plus vastes des équipements sous-marins HT s’accompagnent de nombreuses difficultés supplémentaires en matière de conception et de manutention à terre, ainsi que d’exigences encore plus rigoureuses pour les plages de tolérance et l’étanchéité.

Tous les systèmes HT sous-marins, y compris les câbles, les éventuelles sous-stations et leurs connecteurs, doivent subir des essais méticuleux et suivre de longs processus de qualification. Il est fréquent que de nouveaux modes de défaillance apparaissent à mesure que nous approfondissons notre compréhension des équipements sous-marins à haute tension.

Lorsqu’elle sera devenue réalité, l’installation de sous-stations ou de convertisseurs sous-marins sur les planchers océaniques changera radicalement la donne. Elle ouvrira l’accès à de vastes gisements d’énergie inexploités à ce jour, tout en améliorant l’efficacité des infrastructures existantes. Cette percée marquera une étape majeure dans la transition vers l’énergie durable du futur, notamment en améliorant de manière significative la rentabilité de l’exportation de l’électricité offshore, ce qui diminuera les coûts de production et facilitera l’optimisation des ressources.

L’essor à venir des parcs éoliens flottants

Le grand large recèle des ressources abondantes, et d’une incontestable utilité dans la transition mondiale vers une électricité décarbonée. L’implantation de parcs éoliens flottants dans des eaux toujours plus lointaines et plus profondes est appelée à jouer un rôle de premier plan dans la lutte contre le changement climatique.

L’amélioration significative des performances des câbles dynamiques HT sera déterminante pour la viabilité commerciale des parcs éoliens flottants. À ce titre, le câble Nexans de 145 kV qualifié pour une profondeur de 1300 m constitue une avancée technologique majeure, qui ouvre des possibilités nouvelles pour des projets en eaux profondes et dans des environnements marins hostiles. Cette innovation sera décisive pour l’avenir commercial de l’éolien flottant.

Dans un rapport publié en août 2023, le Global Wind Energy Council (GWEC) anticipe une forte croissance du secteur de l’éolien flottant avant la fin de la décennie, avec une capacité installée estimée à 11 gigawatts (GW) en 2030 et à 26 GW en 2032.

Dès 2031, l’éolien flottant représentera chaque année plus de 10 % des nouvelles installations éoliennes en mer. Ce poids relatif est d’autant plus remarquable lorsqu’il est rapporté à l’expansion rapide de l’éolien offshore dans son ensemble.

Cet essor contribuera fortement à l’intégration de l’électricité décarbonée dans nos infrastructures, accompagnant ainsi la réduction mondiale des émissions de CO2 et la transition vers une énergie plus propre.

Une transformation monumentale est à l’œuvre dans le secteur des réseaux électriques. Poussés par la transition énergétique, de vastes parcs éoliens offshore émergent à travers le monde, promesses d’un avenir plus durable.

Connecter ces parcs isolés au réseau continental requiert l’intervention d’un héros incontournable, mais souvent oublié : le câble électrique sous-marin.

Il faut voir ces câbles comme les artères silencieuses du secteur de l’énergie qui transportent assez d’électricité pour éclairer des villes entières. Leur importance est indéniable : la moindre défaillance sur un câble à haute tension peut mettre en péril la sécurité énergétique.

Ces géants sous-marins s’étendent sur des centaines de kilomètres et sont confrontés à des défis bien particuliers. Contrairement à leurs homologues aériens, ils sont majoritairement invisibles, ce qui rend le travail de maintenance proactive à la fois essentiel et complexe.

Pourtant, récemment, une déclaration émanant de six pays de la mer du Nord et de l’OTAN a souligné l’importance de la sécurité et de la robustesse des infrastructures.

C’est là qu’intervient le principe de surveillance.

Surveillance des câbles sous-marins : 3 défis majeurs

Toujours plus dépendants des sources d’énergie offshore, les opérateurs de réseau sont confrontés à des changements et à des défis. Voici quelques-unes des principales préoccupations :

1. La fin de la décentralisation

Traditionnellement, les données relatives à l’état des câbles étaient dispersées entre les salles de contrôle et les équipements locaux. Avoir une vision globale du système était ainsi quasi impossible. Imaginez dix médecins différents en train d’analyser votre état de santé, chacun avec ses propres rapports et interprétations.

Heureusement, la situation s’améliore. Nous assistons à une évolution vers des plateformes centralisées qui consolident les données provenant de sources différentes, offrant une vue complète et permettant une prise de décision plus rapide et plus éclairée.

2. Un déluge de données : Comprendre le bruit

Mais le chemin qui nous mène vers un système de surveillance vraiment robuste est parsemé d’embûches. Le volume de données générées par un réseau de capteurs représente l’une des principales difficultés. Imaginez être bombardé d’un flux de données continu provenant de mille capteurs différents… Comment identifier un imperceptible changement capable d’engendrer un dangereux incident ?

Une autre difficulté concerne la nature fragmentée de l’écosystème de surveillance. Les différents fournisseurs utilisent souvent des technologies propriétaires, ce qui rend difficile l’intégration des données provenant de divers systèmes de surveillance. Ceci crée un réseau d’informations enchevêtré qui entrave la réalisation d’une analyse efficace. La solution idéale réside dans des plateformes ouvertes qui s’intègrent parfaitement à diverses technologies de surveillance et qui offrent ainsi une vue unifiée de l’état du câble.

3. Les limitations imposées par des interconnexions plus longues

Les interconnexions sous-marines, ces câbles qui relient des réseaux éloignés par de vastes océans, posent un défi unique pour les techniques de surveillance traditionnelles.

Prenons par exemple l’ambitieux projet Great Sea Interconnector, un câble à haute tension qui s’étend sur une distance stupéfiante de 900 kilomètres pour relier les réseaux électriques de la Grèce et de Chypre.

À des distances aussi considérables, les méthodes de surveillance conventionnelles qui utilisent des fibres optiques souffrent d’une atténuation du signal : le message devient plus faible au fur et à mesure qu’il se déplace, ce qui rend plus difficile la détection des problèmes.

Pour relever ce défi, il est essentiel d’intégrer des technologies semblables à celles utilisées dans les câbles transocéaniques telles que des amplificateurs. Les amplificateurs augmentent la puissance du signal à intervalles réguliers le long du câble, garantissant ainsi une communication précise et fiable avec les systèmes de surveillance.

5 techniques avancées pour la surveillance des câbles sous-marins

Heureusement, le monde de l’ingénierie des câbles peut compter sur de nombreuses solutions. Voici quelques technologies de pointe qui jouent un rôle essentiel dans la protection des câbles électriques sous-marins.

La surveillance et révolution de l’intelligence artificielle (IA)

L’IA fait bien sûr partie des révolutions les plus prometteuses pour la surveillance des câbles sous-marins.

En effet, le volume de données générées par les systèmes de surveillance avancés peut être étourdissant. C’est là qu’intervient l’IA en aidant à :

• Filtrer le bruit et identifier les menaces : En analysant des modèles de données complexes, l’IA peut distinguer efficacement les bruits de fond et les menaces réelles. Cela permet aux opérateurs de concentrer leur attention sur les problèmes les plus critiques.
• Analyse prédictive : L’IA peut exploiter les données historiques et les relevés de capteurs en temps réel pour aider à identifier les problèmes potentiels avant même qu’ils ne surviennent. Cela permet de faire une maintenance préventive et de minimiser les temps d’arrêt.

Ce qui nous attend : Une surveillance optimisée par des innovations continues

Imaginez un poste de travail intuitif qui affiche des données en temps réel, analyse les modes de défaillance et propose des actions correctives pour toutes vos ressources câblées en un seul endroit : voilà, en substance, l’avenir de la surveillance des câbles.

Il est primordial d’avoir accès à des solutions complètes de surveillance des câbles. Avoir une approche centralisée simplifie non seulement la gestion des câbles, mais permet également aux opérateurs de prendre des décisions éclairées rapidement et efficacement.

Nexans est à la pointe de ces innovations et a développé une solution qui n’est pas seulement une couche d’abstraction : c’est une plateforme de données polyvalente, avec des cadres numériques de pointe, un tableau de bord intuitif et des analyses harmonisées qui font entrer la gestion des données de câbles dans une nouvelle dimension. Elle intègre des informations provenant de diverses sources et présente une image claire de la santé du réseau.

Conçue pour évoluer, elle s’adapte parfaitement à la croissance du réseau. Cette solution offre des options flexibles avec un déploiement sur site ou un accès sur le cloud. La cybersécurité est une de nos priorités et la plateforme utilise les dernières technologies et processus de maintenance pour protéger les données critiques.

L’avenir de la transition énergétique dépend de ces gardiens silencieux du réseau que sont les câbles électriques sous-marins. Alors que nous exploitons l’énergie des parcs éoliens offshore, assurer une bonne surveillance des câbles devient indispensable. En relevant les défis de la gestion des données, de l’interprétation des signaux et de la fragmentation technologique, nous pouvons garantir la santé et la longévité de ces connexions sous-marines critiques.

Des technologies de surveillance innovantes peuvent aider ces discrets héros des fonds des mers à mener à bien leur mission, en veillant à ce que les lumières restent allumées et à ce que nos villes vibrent avec une énergie durable.

L’électrification joue un rôle de premier plan dans la transition mondiale vers le zéro émission nette, notamment lorsqu’elle est alimentée par des énergies renouvelables. Tandis que nous cheminons vers un avenir toujours plus électrifié, il importe de nous intéresser aux aspects environnementaux des câbles qui irriguent notre quotidien en énergie.

La demande de câbles sous-marins est en plein essor, car ceux-ci sont essentiels afin de transporter la production croissante d’électricité de manière sûre et efficace. Grâce à d’incessantes innovations technologiques, les câbles sous-marins transmettent des volumes toujours plus importants d’énergies durables à des profondeurs et sur des distances jadis inenvisageables ; mais au-delà de leurs performances, il est également essentiel de veiller à leur durabilité tout au long de leur cycle de vie.

Voyons de plus près quelles sont les innovations à l’œuvre derrière cette mutation du transport d’électricité.

Câbles sous-marins : un impératif de durabilité

Soulignons tout d’abord les deux problématiques principales qui demandent examen :

1. Les composants des câbles

L’empreinte environnementale de la fabrication des câbles résulte en premier lieu des matériaux qui les composent. L’électrification de notre futur comporte en effet un coût environnemental, et ces matériaux en sont le premier facteur déterminant.

À commencer par le conducteur, constitué de cuivre ou d’aluminium, qui canalise le flux électrique. Cet élément représente une part significative des émissions totales de GES des câbles sous-marins, essentiellement due à la grande quantité d’énergie que requièrent l’extraction et l’affinage des métaux. Le recours aux énergies renouvelables dans la production de ces matières premières est primordial afin de maîtriser leur impact environnemental.

2. Des usages raisonnés pour répondre à la finitude des ressources

Saviez-vous que les câbles électriques peuvent contenir jusqu’à 80 % de cuivre ?

Métal par excellence de l’électrification, le cuivre est indissociable de la production de câbles. En effet, les remarquables propriétés de ce matériau en font un excellent conducteur électrique, et sa perméabilité au flux d’électrons permet de minimiser efficacement les pertes d’énergies le long des lignes de transport.

Les besoins croissants de l’électrification poussent mécaniquement la demande mondiale de cuivre à la hausse. Celle-ci devrait atteindre 39 millions de tonnes à l’horizon 2030, alors qu’elle ne s’élevait qu’à 13 millions de tonnes en 1995 et à 29 millions de tonnes en 2020, ce qui pourrait avoir à terme une incidence négative sur la disponibilité des ressources. Par ailleurs, l’extraction et la métallurgie du cuivre soulèvent aussi des enjeux sociaux et environnementaux : les conflits d’usage avec d’autres industries telles que la pêche, ou avec les communautés d’accueil affectées par ces activités, peuvent limiter l’accès aux gisements potentiels.

Tournons-nous maintenant vers les solutions innovantes qui joueront un rôle clé pour atténuer l’empreinte environnementale des câbles sous-marins.

Tracer l’avenir de la durabilité : une révolution des esprits

Nexans se positionne en chef de file de cette transition. C’est ainsi que les fonderies du Groupe implantées au Canada, en France et au Pérou ont réutilisé près de 19 700 tonnes de chutes de cuivre en 2022. Nexans s’est également associé à Suez en 2008 pour créer la joint-venture RecyCâbles, devenue depuis le leader européen du recyclage et de la valorisation de câbles.

Voici trois exemples concrets d’innovations qui ouvrent de nouvelles perspectives prometteuses :

Remplacement du SF₆ et terminaisons GIS

Le remplacement du SF₆ comme isolant dans les terminaisons de câbles par des gaz isolants alternatifs (comme le g³ de GE) ou par des solutions sèches est essentiel. Cela permettrait de réduire le potentiel de réchauffement global (PRG) de plus de 99 % en cas d’émission accidentelle de gaz. Les fabricants de convertisseurs développent également des appareillages de commutation utilisant un gaz alternatif au SF₆, de sorte que ce gaz puisse être remplacé dans l’ensemble des systèmes de câbles à courant continu haute tension (CCHT).

L’utilisation de terminaisons GIS présente un double avantage : elle permet d’une part de réduire considérablement l’espace nécessaire dans les stations de conversion offshore, ce qui se traduit par une diminution notable de la taille de la plateforme du convertisseur et, par conséquent, de l’acier utilisé pour sa construction.

Le projet OceanGrid

Les programmes de recherche et d’innovation façonnent aujourd’hui les interconnexions durables et économiquement viables de demain. Le projet OceanGrid travaille en particulier au développement d’un nouvel alliage d’aluminium pour l’exploitation rentable de parcs éoliens offshore en Norvège, à l’horizon 2030-2050.

La plateforme AluGreen

Au sein de la plateforme AluGreen, Nexans étudie des solutions innovantes pour valoriser les conducteurs en fin de vie en les intégrant dans la fabrication de câbles sous-marins neufs. AluGreen mobilise toute la chaîne de valeur de l’aluminium en Norvège pour faire émerger des modèles économiques pleinement circulaires.

Le monde poursuit son inexorable électrification, et les câbles qui canalisent cette énergie nouvelle nécessitent une mise à niveau de leur durabilité.

Les câbles sous-marins jouent un rôle critique dans le transport efficace des énergies renouvelables produites en mer. Cependant, leur propre empreinte environnementale ne doit pas être négligée.

Les méthodes de production et les matériaux traditionnels soulèvent d’importants défis, mais en améliorant les processus de recyclage et en développant des technologies novatrices, l’innovation technique nous montre la voie vers un avenir plus durable.

Imaginez un serpent géant d’acier et de cuivre à 3 000 mètres de profondeur sous la mer. Ce ne sont pas des créatures marines fantastiques, mais bien des câbles d’interconnexion !

Vous connaissez déjà sans doute les câbles de fibre optique sous-marins sans lesquels vous ne pourriez pas lire cet article. Des câbles bien plus imposants se trouvent aussi dans les profondeurs des mers et des océans : ceux qui permettent la transmission de l’électricité entre les pays.

Qu’est-ce qu’un câble d’interconnexion ?

Ces artères invisibles, véritables câbles à haute tension acheminés sous les mers, permettent l’échange d’électricité entre les pays.

Leur diamètre peut atteindre 300 mm et ils peuvent peser jusqu’à environ 140 kg par mètre… soit jusqu’à 9000 tonnes ! On parle bien là de colosses pesant l’équivalent de la Tour Eiffel.

Pour se figurer ce qui se trouve à l’intérieur, il suffit d’imaginer un gros sushi : leur corps, constitué de cuivre et parfois de fibres optiques, est protégé par une épaisse armure d’acier.

Ces câbles sous-marins sont fabriqués dans des usines ultra-modernes, où leurs différents éléments sont assemblés avec une précision millimétrique. Ils sont ensuite transportés sur des navires câbliers, qui les déroulent au fond de la mer.

Une véritable prouesse technologique qui permet d’acheminer l’énergie à travers les mers et les océans. Tout cela au service de la transition énergétique.

Les interconnexions sous-marines : quels avantages ?

Retour en arrière : ce sont deux décennies après la seconde guerre mondiale que les réseaux électriques, qui d’abord avaient été déployés sur leur base nationale, ont commencé à s’interconnecter.

Aujourd’hui l’Europe est le continent le plus avancé en matière d’interconnexions. Son réseau, extrêmement sophistiqué, s’appuie en partie sur ces câbles sous-marins.

Un marché de l’interconnexion en plein essor

Sans surprise, le marché de l’éolien offshore et de l’interconnexion se développent considérablement. D’importants investissements sont à prévoir pour renforcer les interconnexions là où elles sont encore insuffisantes.

S’ils connaissent un essor certain en Amérique et en Europe, les câbles sous-marins se multiplient partout dans le monde. Par exemple, les gestionnaires des réseaux de transport d’électricité de la Grèce et de l’Arabie Saoudite ont scellé en septembre 2023 une alliance stratégique : la création de la “Saudi Greek Interconnection“, une co-entreprise dédiée à l’interconnexion de leurs réseaux électriques.

Alors, on résume ? Les géants invisibles que sont les câbles sous-marins d’interconnexion, enfouis au fond des océans, constituent de véritables autoroutes de l’énergie.

Ils jouent donc un rôle crucial dans la transition énergétique mondiale : ils permettent l’échange d’électricité entre les pays, favorisant l’intégration des énergies renouvelables, sécurisant les approvisionnements et contribuant à la baisse des prix.

Ces câbles représentent une prouesse technologique et un investissement colossal. Leur développement s’inscrit dans une dynamique continue. Ainsi, les câbles sous-marins d’interconnexion électrique sont des acteurs clés de la lutte contre le changement climatique et d’un avenir énergétique plus durable.

Les sources renouvelables d’électricité sont devenues un facteur déterminant de l’équation énergétique. Le rythme annuel de création de nouvelles capacités de renouvelables s’est pratiquement accru de moitié en 2023 pour atteindre près de 510 gigawatts (GW), soit le taux de croissance de plus élevé des deux dernières décennies, ce qui marque une étape importante dans la décrue des énergies fossiles. La transition vers les énergies renouvelables est cruciale pour réduire nos émissions de gaz à effet de serre, et pour limiter le réchauffement climatique à 1,5 °C, conformément à l’accord de Paris.

Mais alors même que les énergies renouvelables ont représenté une part record de 30 % de l’électricité produite dans le monde en 2023, la poursuite de cet essor dépend toujours plus fortement des interconnexions entre réseaux.

Les interconnexions forment un dispositif optimal pour assurer notre sécurité énergétique à l’échelle des régions et des continents :

• Au sein des réseaux interconnectés, l’énergie est aisément transportée des régions où elle est excédentaire vers celles qui présentent un déficit de production. Ces échanges favorisent la sécurité énergétique globale, en diminuant la dépendance aux énergies fossiles dans les régions dont la production de renouvelables ne peut satisfaire la demande locale.
• En équilibrant la demande et la production dans l’ensemble des réseaux interconnectés et en redirigeant les surplus vers les régions où la demande est la plus élevée, les prix de l’énergie sont maintenus à un niveau stable, ce qui encourage aussi les investissements futurs dans la production de renouvelables.
• Les interconnexions ne relient pas seulement les réseaux de régions contiguës, mais aussi ceux de continents entiers, ainsi que les territoires insulaires et les sites offshore de production d’énergies renouvelables. Les zones d’eaux profondes ont longtemps constitué un obstacle à ces liaisons, ce qui n’est plus le cas aujourd’hui grâce aux progrès réalisés dans la conception des câbles, aux nouveaux matériaux et alliages mis en œuvre, et à la mise au point de méthodes innovantes d’installation et de maintenance.

1. Interconnexions en eaux profondes

L’interconnexion des réseaux atteint non seulement des profondeurs impressionnantes, mais leur capacité est également passée de centaines de mégawatts à des gigawatts.

À ce jour, le système de câbles haute tension le plus profond installé est l’interconnecteur SaPeI, qui s’étend sur 435 kilomètres, reliant la Sardaigne et l’Italie continentale, atteignant une profondeur de 1 640 mètres sous le niveau de la mer.

Un exemple révélateur de cette révolution est le projet Tyrrhenian Links, actuellement en construction. Il reliera la Sicile à la Sardaigne et à la péninsule italienne. Il sera installé à une profondeur record de 2 200 mètres, pour une capacité de transport de 1000 MW. Tout cela est rendu possible grâce aux progrès des systèmes à courant continu haute tension (CCHT), qui peuvent acheminer des quantités d’énergie plus importantes sur de longues distances.

Si cette technologie est déjà disponible pour les eaux peu profondes, des défis techniques se posent lorsque la profondeur de l’eau augmente.

2. Les câbles sous-marins à isolation au papier imprégné : une fiabilité remarquable à l’épreuve des décennies

La première utilisation commerciale des câbles CPI remonte à 1954, avec la liaison CCHT entre l’île de Gotland et la Suède continentale. Depuis cette date, les câbles CPI sont la solution préférentielle pour tous les projets d’interconnexion CCHT sous-marine de plus de 500 kV, couvrant de longues distances à des profondeurs extrêmes.

En deux mots, un câble CPI est un type de câble spécifiquement conçu pour des applications sous-marines. Pour simplifier :

• Composition : les câbles CPI sont constitués de multiples couches de ruban en papier de haute densité, enroulées autour du conducteur. Ces rubans sont ensuite imprégnés avec un composé d’une viscosité très élevée. Le composé revêt une importance cruciale, car ce liquide épais ne doit jamais migrer, même en cas de dégradation physique du câble.
• Application : ces câbles sont utilisés pour transporter de grandes quantités d’électricité sur de longues distances, en milieu sous-marin. Ils sont particulièrement précieux pour les applications dépassant les 500 kV CC, et pour couvrir de longues distances.

Les câbles CPI présentent trois avantages indéniables dans le cadre d’applications sous-marines :

1. Fiabilité : les composés à viscosité élevée empêchent toute fuite de courant, y compris lorsque le câble est endommagé, ce qui les rend plus fiables en milieu sous-marin par comparaison aux conceptions antérieures.
2. Durabilité : certains câbles installés il y a plusieurs décennies sont encore en service aujourd’hui, ce qui témoigne d’une durée de vie remarquable.
3. Tolérance aux grandes profondeurs : lorsque leur conception intègre les caractéristiques appropriées, ils peuvent être mis en œuvre à des profondeurs d’eau extrêmes.

En substance, le câble CPI est une technologie éprouvée et reconnue pour le transport efficace de grandes quantités d’énergie en milieu sous-marin, ce qui en fait aussi un gisement clé d’innovations dans ce domaine.

Le projet Great Sea Interconnector s’apprête à repousser encore les limites de profondeur des câbles sous-marins. Il reliera Israël, Chypre, et la Grèce en passant la Crète, à une profondeur atteignant 3000 m par endroits. La liaison de 900 km entre Chypre et la Crète sera réalisée par un câble bipolaire de 1000 MW qui facilitera les échanges d’électricité entre les deux pays et contribuera ainsi à leur sécurité énergétique.

3. De nouveaux principes de conception pour surmonter les inconvénients des câbles sous-marins

La principale difficulté de mise en œuvre de la technologie CPI réside dans le risque d’élongation du système d’isolation au cours de l’installation ou du relevage du câble.

Plusieurs approches permettent de pallier ce phénomène, que ce soit en se focalisant sur la conception des câbles, sur les conducteurs, sur les matériaux employés ou sur les méthodes d’installation.

Par ailleurs, des câbles extrudés d’une capacité de plus de 500 kV sont en cours de développement. L’extrusion présente l’avantage majeur d’une tolérance plus élevée à l’élongation que celle des câbles CPI, mais elle exige que le conducteur soit parfaitement étanchéisé en cas de dégradation du câble : à 3000 m de profondeur, la pression hydraulique est si importante que l’eau peut facilement s’infiltrer sur des dizaines de kilomètres le long du câble, entraînant des coûts de réparation très élevés.

Nexans est un acteur engagé de la révolution en cours dans le secteur du transport de l’électricité. De fait, le Groupe y joue un rôle de premier plan depuis de longues années : c’est en 1977 que Nexans a déployé pour la première fois des câbles CPI CCHT, afin de réaliser l’interconnexion sous-marine du Skagerrak entre le Danemark et la Norvège, et ce même câble est encore en service près de 50 ans plus tard. Nexans dispose aujourd’hui d’une solide expertise dans la fabrication, l’installation et la réparation de systèmes CCHT en eaux profondes, qui couvre à la fois les technologies CPI et extrudée.

Le Groupe réalise actuellement le projet le plus monumental qu’il ait jamais entrepris avec le Great Sea Interconnector, qui sera l’interconnexion sous-marine la plus longue et la plus profonde du monde. Ce projet colossal symbolise le passage dans une nouvelle ère des interconnexions, au prix d’une gigantesque mobilisation de ressources et d’une maîtrise sans faille des processus logistiques.

Le succès de la transition vers un avenir durable dépendra de la force et de la portée des interconnexions, et donc de la capacité d’innovation qui est indissociable des réseaux en eaux profondes. Ceux-ci sont les fils invisibles qui forment l’étoffe de l’énergie mondiale. Si leur développement se heurte encore à certains obstacles, les solutions sont toujours à notre portée.

Les réseaux en eaux profondes sont bien plus que de simples câbles jetés sur les fonds marins : ils forment les lignes de force d’un paysage énergétique plus sûr. Ils sont aussi la manifestation tangible d’un engagement collectif en faveur d’un avenir durable, animé par le potentiel infini des énergies renouvelables.

Plus vite, plus haut, plus fort — ensemble : la devise olympique pourrait aisément s’appliquer aux profondes mutations en cours dans le secteur de la transmission et de la distribution de l’électricité.

Tandis que la décarbonation de l’énergie devient une priorité au niveau mondial, une approche unifiée s’impose pour atteindre l’objectif de zéro émission nette à l’horizon 2050. Cette ambition implique en effet d’abandonner la combustion des énergies fossiles, et de transformer les réseaux électriques afin d’y intégrer des énergies renouvelables et intermittentes.

Le monde décarboné et électrifié de demain exige un réseau rénové, bien différent des infrastructures bâties après la Seconde Guerre mondiale sur lesquelles nous comptons encore aujourd’hui, et dont la modernisation sera impérative pour la décarbonation de l’électricité. L’émergence de nouvelles technologies de stockage jouera également un rôle crucial ; mais les interconnexions entre réseaux électriques seront tout aussi essentielles pour la transition vers les énergies renouvelables, car elles conditionnent la fiabilité et la stabilité des systèmes.

Selon un récent rapport de l’Agence Internationale de l’Énergie, près de 80 millions de kilomètres de réseaux devront être créés ou rénovés d’ici 2040 — soit l’équivalent de la totalité des réseaux existants à ce jour — pour que les États soient en mesure d’atteindre leurs objectifs climatiques et d’assurer leur sécurité énergétique. En tenant compte uniquement de l’éolien offshore en Europe, il faudra ajouter entre 48 000 et 54 000 km de longueur de câbles haute tension d’ici 2050 pour atteindre les objectifs de l’éolien offshore des pays européens, selon le rapport TYNDP de l’ENTSO-E publié en janvier 2024.

Si les interconnexions mobilisent les experts depuis de longues décennies, deux paramètres majeurs les placent aujourd’hui au centre des débats : l’intensification du recours aux énergies renouvelables, et la vulnérabilité des réseaux existants face au changement climatique.

En substance, les interconnexions sont les liaisons établies entre différents réseaux dits synchrones, car ils opèrent sur une même fréquence électrique. Ces liaisons permettent les transferts d’énergie depuis les zones géographiques dont la production est excédentaire, vers celles dont la demande dépasse les capacités de production locales. La maîtrise de ces flux régionaux minimise les risques de panne de courant, et favorise la fiabilité et la stabilité des infrastructures.

En outre, les interconnexions raccordent les îles et les continents aux zones où les énergies renouvelables sont abondantes, réduisant progressivement notre dépendance aux énergies fossiles. Les liaisons entre la Crète et la Grèce, entre Majorque et l’Espagne ou entre la Tasmanie et l’Australie illustrent bien cet avantage des interconnexions, qui affranchissent ces régions insulaires des modes plus polluants de production électrique en y favorisant le développement des renouvelables.

Voici cinq innovations qui vont porter la transmission de l’électricité à des niveaux de performance inédits.

Les interconnexions mondiales sont essentielles pour la viabilité des énergies durables, et pour réduire notre dépendance aux énergies fossiles. Leur déploiement exigera de véritables tours de force pour concevoir, fabriquer et installer des câbles sous-marins en haute mer capables de transmettre des charges toujours plus élevées, et de traverser des zones géographiques inaccessibles jusqu’ici.

La surveillance de haute précision des câbles et leur conception extrêmement durable du point de vue environnemental sont deux autres facettes cruciales de l’innovation en matière de transmission de l’électricité.

Au-delà de la conception, de la fabrication et de l’installation des câbles CCHT pour les infrastructures de connexion, Nexans a également mené les premiers essais de type pour des câbles de 320 kV CCHT équipés d’extrémités isolées avec le gaz g3 mis au point par GE, et intègre une part toujours plus importante de métaux recyclés dans sa production de câbles. Le Groupe démontre ainsi qu’il est à la pointe de l’innovation dans son champ d’activité.

Dans les semaines à venir, nous vous inviterons à explorer dans le détail ces innovations qui s’apprêtent à révolutionner le secteur de la transmission d’électricité.

Les réseaux modernes de transport et de distribution électrique sont les machines les plus complexes jamais créées. Ils s’étendent sur des continents entiers, et rassemblent des myriades de composants et de sous-systèmes pour maintenir le délicat équilibre entre la demande et la production fluctuantes d’énergie.

Au-delà de leur complexité intrinsèque, les réseaux sont devenus prodigieux par le nombre de leurs composants et par leur extension géographique. Le monde compte aujourd’hui plus d’un milliard de compteurs intelligents en fonctionnement, et plus de 80 millions de kilomètres de câbles et de lignes électriques — soit l’équivalent de dix allers-retours entre la Terre et la lune !

Et cette complexité ne fera que s’accroître à l’avenir. Dans un rapport récemment publié, Transitions des réseaux électriques et de la sécurité énergétique (Electricity Grids and Secure Energy Transitions), l’AIE estime qu’il faudra rénover ou ajouter 80 millions de kilomètres de réseaux dans le monde d’ici à 2040 pour atteindre les objectifs climatiques et assurer la sécurité énergétique.

Afin de maîtriser un tel degré de complexité et des échelles si étourdissantes, les gestionnaires de réseau se tournent désormais vers les jumeaux numériques. Utilisés depuis plusieurs décennies dans de nombreux secteurs d’activité, les jumeaux numériques s’imposent chaque jour davantage pour assister les gestionnaires de réseau dans leurs décisions de planification stratégique, dans l’optimisation de la performance opérationnelle, et dans la gestion des risques au sein de systèmes d’une sophistication sans précédent.

3 facteurs de complexité des réseaux :

• Tandis que le monde se détourne des énergies fossiles au profit des énergies renouvelables, les réseaux doivent être mieux équipés pour gérer la variabilité des productions éolienne, photovoltaïque et hydroélectrique.
• La fréquence croissante des aléas dus au changement climatique fait peser un fardeau supplémentaire sur des infrastructures électriques vieillissantes au niveau mondial.
• 40 GW de toitures photovoltaïques ont été installés dans le monde en 2022. Cette injection dans les réseaux d’une énergie solaire massive, floue et intermittente soulève d’importantes difficultés en matière de qualité de courant et de prévisions de production.

Les gestionnaires de réseaux relèvent ces défis en mobilisant des outils numériques pour améliorer la gestion opérationnelle des infrastructures. En particulier, les compteurs intelligents et les capteurs IdO (Internet des Objets) leur fournissent des données précieuses ; mais ces équipements impliquent aussi un degré supplémentaire de sophistication.

Jumeaux numériques : De la connaissance à la compréhension du réseau

Dans ce contexte de complexité croissante et de volumes colossaux de données recueillies en temps réel, les jumeaux numériques sont devenus essentiels pour l’exploitation des réseaux intelligents. Ils sont mobilisés pour :

• Effectuer des simulations hypothétiques, afin par exemple de mieux appréhender les conséquences opérationnelles de différentes décisions ;
• Gérer et anticiper les besoins de maintenance ;
• Prévenir ou atténuer les pannes de réseau ;
• Aider les gestionnaires à dresser des programmes d’investissement d’infrastructures étayés par des données.

Toute la puissance des jumeaux numériques réside dans leur capacité à reproduire virtuellement les innombrables interactions et corrélations entre des organisations multiples, à différentes échelles, et de les synthétiser dans une vision globale afin de décloisonner les prises de décision. Les équipes chargées de l’ingénierie, de la planification ou de l’exploitation d’un réseau peuvent ainsi simuler de multiples options d’intervention, et en visualiser les conséquences pour l’ensemble de l’organisation. Dès lors, leurs décisions ne s’appuient plus simplement sur leur propre expérience ou sur les comportements passés du système : elles sont pondérées en intégrant toutes leurs incidences, les résultats attendus et les arbitrages nécessaires.

Les jumeaux numériques révolutionnent la gestion des réseaux, comme en témoigne l’ambitieux projet de bâtir un jumeau numérique du réseau électrique européen. En accélérant l’innovation technologique, cette initiative cherche à renforcer l’adaptabilité du réseau face à l’essor annoncé des énergies renouvelables, et à le rendre plus résilient à des chocs tels que les aléas climatiques ou les cyberattaques.

6 domaines de rupture pour les jumeaux numériques

Aux yeux des gestionnaires de réseau, la mise en œuvre conjointe de capteurs connectés à l’IdO et de jumeaux numériques s’avère particulièrement bénéfique dans six domaines d’activité.

Les jumeaux numériques amènent une profonde mutation dans la gestion des réseaux électriques. En facilitant toutes les tâches de gestion et les missions opérationnelles des gestionnaires de réseau, ils donnent naissance à des infrastructures plus fiables, plus résilientes, plus efficaces et plus durables. Ils placent le secteur de l’énergie aux avant-postes de la transition vers une électricité propre et décarbonée.

Les énergies renouvelables sont le point de mire de la sortie des énergies fossiles et de la réduction des émissions massives de CO2 qui leur sont associées ; elles sont à ce titre une composante essentielle de notre avenir énergétique. Tandis qu’une course contre la montre est engagée dans la lutte contre le changement climatique, la décarbonation de l’électricité s’impose comme une démarche prioritaire.

La transition à grande échelle vers les énergies renouvelables est intrinsèquement liée aux technologies de stockage de l’énergie, véritable clé de voûte des énergies propres et socle incontournable de la décarbonation des réseaux. Les énergies renouvelables — essentiellement éolienne et photovoltaïque — étant intermittentes par nature, leur intégration exige la mise en œuvre de systèmes de stockage d’énergie afin d’ajuster en permanence l’offre et la demande d’électricité. Le stockage revêt donc une importance critique pour la résilience et la fiabilité des réseaux.

Selon les dernières prévisions de l’institut de recherche BloombergNEF, l’ensemble des installations de stockage d’énergie dans le monde devrait atteindre une capacité cumulée de 411 gigawatts (GW) à l’horizon 2030, soit quinze fois plus qu’en 2021.

Parmi les nombreux facteurs qui favorisent la montée en puissance du stockage d’énergie, on peut également citer les politiques publiques qui visent à maîtriser les prix de l’énergie, à satisfaire les pics de demande ou encore à assurer une souveraineté énergétique. À titre d’exemple, la loi sur la réduction de l’inflation (Inflation Reduction Act, ou IRA) promulguée en 2022 marque le plus grand effort d’investissement jamais engagé par les États-Unis dans la lutte contre le changement climatique.

Relever le défi d’une adoption massive des technologies de stockage à l’échelle des réseaux

Le secteur est aujourd’hui entravé par la faible diffusion de technologies de stockage adaptées à l’échelle des réseaux. La solution la plus viable demeure le pompage-turbinage, dans lequel de l’eau est d’abord pompée vers un réservoir situé en altitude, puis relâchée en temps utile pour produire de l’électricité. Mais cette technologie est malheureusement limitée à des localisations très spécifiques, et les gestionnaires de réseau doivent habituellement recourir à des énergies fossiles pour répondre aux pics de demande.

Les progrès réalisés ces dernières années par les technologies de stockage sont cependant prometteurs, et permettent d’envisager une gestion des fluctuations de demande d’énergie qui ne fasse plus appel aux énergies fossiles. En offrant aux gestionnaires de réseau la possibilité de stocker les excédents d’énergies renouvelables, elles facilitent l’ajustement en temps réel de l’offre et de la demande et atténuent les effets de pointe.

Cinq technologies de stockage de renouvelables pour une fourniture d’électricité fiable

Tandis que les réseaux électriques intègrent une part croissante d’énergies renouvelables variables, les systèmes de stockage doivent également assurer une fourniture d’électricité d’une grande fiabilité. Ces technologies sont fréquemment caractérisées selon leur capacité de stockage, leur réactivité, leur échelle de déploiement et leurs contraintes d’exploitation.

 Le stockage thermique : une solution viable pour les bâtiments à usage commercial

La nouvelle génération de technologies de stockage thermique offre une solution parfaitement adaptée aux bâtiments commerciaux. Trois procédés distincts permettent de conserver la chaleur ou le froid pour une utilisation ultérieure : le stockage par chaleur sensible, par chaleur latente ou thermochimique. Les bâtiments équipés de ces systèmes fonctionnent de fait comme des batteries thermiques, accumulant une énergie renouvelable dans des cuves ou des réservoirs avant de la restituer au moment voulu.

Le stockage électromagnétique : une restitution efficace et instantanée de l’énergie

Le procédé de stockage électromagnétique (Superconducting Magnetic Energy Storage ou SMES) conserve l’énergie au sein d’un champ magnétique. Par sa capacité à restituer l’énergie emmagasinée de manière instantanée, il est particulièrement adapté pour équiper les réseaux qui nécessitent un temps de réaction rapide, et de surcroît les pertes d’énergie du dispositif sont négligeables. Plusieurs prototypes sont actuellement en service, essentiellement dans le cadre de programmes de recherche, mais l’application à grande échelle de ce principe de stockage suscite un grand intérêt et pourrait constituer une solution peu coûteuse.

Quel avenir pour le stockage de l’énergie ?

L’arrivée à maturité des besoins s’accompagne d’évolutions rapides dans le développement de nouveaux matériaux, et dans la production de batteries de stockage destinées aux surplus de production d’énergies renouvelables. De nos jours, l’électronique de puissance réalise une conversion efficace de l’énergie stockée en électricité dans des dispositifs à empreinte carbone faible, voire nulle.

Nexans contribue de plusieurs manières à la transition énergétique, dont le stockage de l’électricité est un élément clé, à commencer par la fourniture de réseaux de transmission et de distribution pour la collecte à la source des énergies renouvelables. Il est crucial de récupérer l’électricité là où elle est produite (par exemple, dans les parcs éoliens offshore) à un coût maîtrisé. L’intégration des sites de stockage repose sur la même capacité de connexion, qu’elle soit à grande échelle ou plus largement répartie sur un territoire.

Pour que les réseaux intelligents puissent intégrer pleinement les énergies renouvelables variables, ils devront se doter d’outils toujours plus performants de suivi de la consommation en temps réel, ainsi que de systèmes automatisés d’ajustement de l’offre et de la demande. Face aux besoins grandissant en termes de flexibilité, Nexans a développé de nouveaux services.

Pour les applications de mobilité électrique, fortement dépendantes des performances techniques et économiques du stockage d’électricité, Nexans fournit des connexions et des protections de câbles adaptées, ainsi que pour les bornes de recharge des véhicules électriques, à l’aide de fonctionnalités de sécurité spécifiques pour assurer un stockage d’énergie en toute sécurité.

Nexans a également acquis une expertise et un leadership mondial en matière de sécurité électrique et incendie, qui peuvent être étendus aux nouvelles applications en termes de stockage, comme les batteries de véhicules.

Le Groupe innove depuis de nombreuses années dans les systèmes industriels cryogéniques et supraconducteurs, notamment avec le développement d’un système de transfert cryogénique de gaz naturel et d’hydrogène liquides. L’hydrogène liquide étant appelé à jouer un rôle clé dans le stockage, Nexans continuera à innover avec des technologies de rupture pour concevoir le réseau électrique de demain.

La transition vers des énergies propres et une électricité décarbonée est intimement liée aux avancées technologiques en matière de stockage. En débouchant à l’avenir sur des applications à grande échelle, celles-ci libéreront tout le potentiel des réseaux intelligents.

Diversifier et renforcer la chaîne d’approvisionnement des nouveaux équipements en vue d’un déploiement massif constitue un enjeu majeur, notamment au regard de l’accès aux matières premières dans un contexte géopolitique tendu. Innover en recyclant les matériaux utilisés dans les produits en fin de vie est déjà un levier clé, pour lequel Nexans s’est particulièrement bien préparé et positionné.

La souplesse des réseaux électriques est un paramètre de plus en plus critique à mesure que la part des énergies renouvelables intermittentes s’accroît dans la production mondiale. D’après le Centre commun de recherche de la Commission européenne, cette marge de flexibilité des réseaux devra encore être multipliée par deux d’ici à 2030, et par sept à l’horizon 2050.

La numérisation du réseau et la gestion de sa flexibilité sont deux clés de voûte de la transition en cours vers une énergie propre. Ces dernières années, l’investissement dédié à la numérisation a sensiblement augmenté pour passer de 12 % de l’investissement total dans les réseaux en 2016 à 20 % en 2022. Cette hausse témoigne du vif intérêt des opérateurs pour des solutions numériques de veille et de contrôle en temps réel susceptibles d’améliorer la gestion des réseaux de transport et de distribution électriques.

La croissance prévue de l’électrification ne pourra être assimilée sans une profonde modernisation des infrastructures. La réorientation de la production au détriment des énergies fossiles implique que les réseaux existants prennent en charge des volumes considérables d’énergies renouvelables, ce qui impose de véritables défis techniques.

Centrales électriques virtuelles : un moment charnière pour la production énergétique

Une nouvelle génération de Ressources électriques distribuées (Distributed Energy Resources  ou DER) prend aujourd’hui son essor pour répondre à la demande croissante d’énergies propres et renouvelables. 

Les technologies des batteries de stockage, des véhicules électriques et de la production photovoltaïque affichent des progrès remarquables, encourageant les gestionnaires de réseaux dans leur volonté de développer les énergies renouvelables. Dans ce contexte, les centrales électriques virtuelles (Virtual Power Plants ou VPP) font valoir leurs atouts pour satisfaire la croissance de la demande énergétique tout en améliorant la résilience des réseaux électriques.

Les VPP sont à la fois des plateformes techniques et des nœuds transactionnels. Capables de coordonner un grand nombre et une grande variété de ressources, et de les mobiliser en une poignée de secondes pour répondre à une instruction à l’échelle du mégawatt, elles offrent aux gestionnaires de réseaux un formidable outil de gestion de la complexité. Au-delà des aspects techniques, les VPP prennent en charge les flux transactionnels et rémunèrent chaque ressource à hauteur de sa contribution, en prenant en compte les prix de l’énergie au moment de celle-ci ainsi que les versements effectués par les gestionnaires des réseaux de transport et de distribution. Cette consolidation des transactions constitue une valeur ajoutée importante pour les propriétaires des DER.

Les DER sont en quelque sorte les éléments constitutifs des VPP, qui peuvent puiser dans ces ressources pour fournir de l’énergie à tout instant. Ainsi les VPP peuvent ajuster rapidement la production et la demande, ce qui minimise les risques de délestage et réduit la facture pour l’utilisateur final. Ces dernières années, de nombreuses VPP ont été intégrées dans des projets immobiliers résidentiels ou commerciaux, car la perspective d’une électricité fiable à des tarifs raisonnables est un argument de vente séduisant. Il est également possible de rejoindre une VPP en tant que consommateur : l’année dernière, Tesla a lancé au Texas un nouveau service de fourniture d’énergie qui permet aux propriétaires de batteries Powerwall de revendre leurs excédents au réseau.

DER : un changement de paradigme pour la distribution électrique

Parallèlement à la montée en puissance des DER, les réseaux de distribution connaissent une transformation profonde qui fait émerger de nouvelles couches de gestion et de contrôle. Le Système avancé de gestion de la distribution (Advanced Distribution Management System, ou ADMS) est un élément essentiel de toute salle de contrôle moderne : il intègre la numérisation des flux observables, la détection, l’isolation et la réparation des défaillances, la reconfiguration du réseau et les systèmes de gestion des coupures de courant.

Mais c’est au niveau des installations basse tension que le réseau de distribution est confronté à ses plus grands défis, car leur gestion exige une observabilité plus fine et une certaine souplesse de la part des DER. C’est ici que les Systèmes de gestion des ressources énergétiques distribuées (Distributed Energy Resources Management System ou DERMS) sont associés aux ADMS afin d’orchestrer la flexibilité des DER, et leur régulation en fonction des besoins du réseau basse tension.

Numérisation du réseau électrique : les jalons du parcours

Pour remédier aux défauts d’observabilité du réseau, Nexans travaille en partenariat avec Sensewaves à l’élaboration d’une topologie réseau calculable pour les GRD. Le logiciel analytique de Sensewaves recourt à l’Intelligence Artificielle (IA) pour analyser les données issues de compteurs intelligents ou d’autres dispositifs, afin d’améliorer la planification et la fiabilité des actifs. Cette association sans équivalent de l’IA et de l’analyse de données offre aux GRD un degré de compréhension systémique qui va bien au-delà de la gestion de l’exploitation proposée par les plateformes ADMS et DERMS.

La modernisation des réseaux électriques s’impose comme une adaptation inéluctable à la croissance prévue de l’électrification. Le recul des énergies fossiles dans la production d’électricité exige que les réseaux s’ouvrent aux interconnexions avec les énergies renouvelables ; de ce fait, les technologies émergentes dans les domaines de la distribution, du transport et de la gestion des énergies propres sont incontournables dans nos efforts de réduction des émissions de carbone.